環(huán)境材料學(xué) 環(huán)境替代材料

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1、環(huán)境工程材料環(huán)境替代材料環(huán)境替代材料氟里昂替代品石棉替代品含磷洗滌替代品氟里昂化學(xué)組成氟里昂是鹵代烴的總稱(chēng)。最早商品化的氟里昂是二氟二氯甲烷(1932)、一氟三氯甲烷(1931),還有四氟二氯乙烷、五氟一氯乙烷、二氟二氯甲烷等。用途：由于其優(yōu)良的性能,20世紀(jì)30年代以來(lái),氟里昂被廣泛用作制冷劑、發(fā)泡劑、清洗劑、滅火劑和噴霧劑。致命缺點(diǎn)它是一種“溫室效應(yīng)氣體”,溫室效應(yīng)值比二氧化碳大1700倍,更危險(xiǎn)的是它會(huì)破壞大氣層中的臭氧。氟里昂臭氧層破壞CFCs(氟氯烴)在紫外線的作用下放出氯原子,氯原子與臭氧發(fā)生自由基鏈反應(yīng),一個(gè)氯原子就可以消耗上萬(wàn)個(gè)臭氧分子。CFCl3＋Uv→CFCl2＋ClCF2

2、Cl2＋Uv→CF2Cl＋ClCl＋O3→ClO＋O2ClO＋O→Cl＋O2后兩個(gè)反應(yīng)中Cl和ClO都未被消耗，其凈效果是：O＋O3→2O2臭氧層保護(hù)1985年3月，22個(gè)國(guó)家簽署了關(guān)于臭氧層保護(hù)的《維也納公約》。這是原則上限制使用含氯氟烴化合物的初步協(xié)議。1987年4月，30多個(gè)國(guó)家的代表出席了日內(nèi)瓦關(guān)于《臭氧層公約》的臨時(shí)磋商會(huì)議，并通過(guò)一項(xiàng)條約，將CFCs的生產(chǎn)與使用凍結(jié)在1986年的水平上。只要有2/3主要簽約國(guó)家的努力，6—8年內(nèi)CFCs就會(huì)降低30％。1987年9月，46個(gè)國(guó)家的代表在蒙特利爾通過(guò)了關(guān)于臭氧層耗損物質(zhì)的《蒙特利爾議定書(shū)》，并于1989年1月1日生效。此協(xié)議要求199

3、3年各國(guó)削減CFC11、CFC12實(shí)際消耗量的20％，1998年消減50％。1988年10月，在海牙召開(kāi)了關(guān)于保護(hù)臭氧層的國(guó)際會(huì)議。與會(huì)代表認(rèn)為，即使實(shí)施了《蒙特利爾議定書(shū)》，也不能消除南極臭氧洞的存在，因此，需要更嚴(yán)厲的措施。臭氧層保護(hù)1989年，《蒙特利爾議定書(shū)》締約國(guó)第一次會(huì)議通過(guò)關(guān)于臭氧層保護(hù)的《赫爾辛基宣言》。1990年，《蒙特利爾議定書(shū)》締約國(guó)第二次會(huì)議在倫敦舉行，通過(guò)《蒙特利爾議定書(shū)》修正案。2000年1月1日全部淘汰CFCs。1991年，《蒙特利爾議定書(shū)》締約國(guó)第三次會(huì)議，呼吁對(duì)臭氧耗損進(jìn)行新的緊急科學(xué)評(píng)價(jià)。1992年11月，《蒙特利爾議定書(shū)》締約國(guó)第四次會(huì)議在哥本哈根舉行。氟

4、里昂一些新型制冷劑,如四氯乙烷、二氟乙烷、五氟乙烷、二氟甲烷、三氟甲烷以及它們的混合物雖然不破壞臭氧層,但它們大都是溫室氣體,也被聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約大會(huì)(1997)在日本京都通過(guò)的“京都議定書(shū)”列為限制使用的物質(zhì)。因此尋找替代氟里昂類(lèi)物質(zhì)的無(wú)公害的新型制冷劑已成為目前研究的熱點(diǎn)。替代制冷劑目前廣泛應(yīng)用的有:(1)異丁烷它是很早被使用的制冷劑,但由于其具有可燃性沒(méi)有得到推廣。德國(guó)綠色和平組織在上世紀(jì)重新論證了其在小型制冷系統(tǒng)上使用的可靠性后逐漸大規(guī)模用于冰箱制冷。由于其作為制冷劑具有原料易得、對(duì)臭氧層無(wú)破壞、高循環(huán)率和不用換壓縮機(jī)潤(rùn)滑油等優(yōu)點(diǎn),因而有著良好的應(yīng)用前景。1999年,該種物質(zhì)占到

5、冰箱制冷劑的15%,我國(guó)和美國(guó)的小型冰箱使用的是這種制冷劑,在日本,安全法規(guī)不允許使用這種制冷劑。這種制冷劑的缺點(diǎn)除了使用上的安全性外,碳?xì)浠衔锞哂斜菻FCS類(lèi)物質(zhì)高的光化學(xué)煙霧,也是值得考慮的問(wèn)題。替代制冷劑(2)二氟乙烷與二氟一氯甲烷的混合劑它們具有良好的制冷性能,在我國(guó)和美國(guó)的部分冰箱生產(chǎn)線用了此物質(zhì)。它具有環(huán)保性能優(yōu)越、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn),在我國(guó)可以自行生產(chǎn),適合我國(guó)國(guó)情。到1999年,這種制冷劑占到15%。此外還有三氟二氯乙烷與三氯甲烷、五氯己烷、四氯己烷的混合劑。三氯甲烷、五氟乙烷的混合劑等。這些制冷劑其中仍含有對(duì)大氣臭氧層具有破壞性的氯,但由于有著比較理想的制冷效應(yīng),目前尚沒(méi)有被淘汰,

6、屬于過(guò)渡替代品。替代制冷劑據(jù)報(bào)道,國(guó)內(nèi)有公司選擇多元混合物作為替代品,于1997年底成功地開(kāi)發(fā)出無(wú)毒、難燃的KLB綠色制冷劑,其成品破壞臭氧層值僅為0.008,溫室系數(shù)僅為0.015,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國(guó)際組織對(duì)氟利昂替代品所規(guī)定的環(huán)保指數(shù)。KLB制冷劑不但能直接替代氟利昂,而且節(jié)能效果也十分顯著。替代制冷劑此外,科研人員還發(fā)展了磁致冷和吸附致冷等替代技術(shù)。磁致冷又叫“順磁鹽絕熱致冷”。順磁鹽中包含鐵或稀土元素,其3d、4f層電子未充滿,因此具有磁性,在勵(lì)磁和退磁過(guò)程中會(huì)吸熱或放熱,例如以硝酸鎂鈰為致冷劑的磁致冷機(jī)降溫可接近0K。利用這種性質(zhì)發(fā)展的制冷技術(shù)具有效率高、成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn),其最大好處在

7、于不污染環(huán)境。替代制冷劑吸附致冷是利用吸附-脫附時(shí)吸熱或放熱的性質(zhì)制冷,常用的制冷劑體系包括金屬氫化物-氫、沸石分子篩-H2O、活性炭-氮?dú)?、氧化?氧化鈰體系等。目前世界上關(guān)于氟利昂的替代方案很多,但都不很令人滿意。迄今為止,世界上還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)一種經(jīng)濟(jì)和能效超過(guò)氟利昂的電冰箱制冷、發(fā)泡替代品在未來(lái)能最大滿足人與自然的和諧和可持續(xù)發(fā)展的制冷劑應(yīng)為自然物質(zhì),如氨、二氧化碳、異丁烷等,是今后值得關(guān)注和研